JP6592784B2 - 固体レーザシステムおよびエキシマレーザシステム - Google Patents

Description

本開示は、パルスレーザ光を生成する固体レーザシステムおよびエキシマレーザシステムに関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている（半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という）。このため、露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。

現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。

ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化モジュールによりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。

米国特許第７５９３４３７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２２５２８８号明細書 特開２００７−０８６１０８号公報

Alexander Sabella, James A. Piper, and Richard P. Mildren ,"Efficient conversion of a 1.064 μm Nd:YAG laser to the eye-safe region using a diamond Raman laser"; OPTICS EXPRESS, Vol. 19, No. 23 7 November 2011 p23554-23560. Hongwen Xuan, Zhigang Zhao, Hironori Igarashi, Shinji Ito, Kouji Kakizaki, and Yohei Kobayashi1,"300-mW narrow-linewidth deep-ultraviolet light generation at 193nm by frequency mixing between Yb-hybrid and Er-fiber lasers"; OPTICS EXPRESS, Vol. 23, No. 8, 20 Apr 2015, p10564-10572.

概要

本開示における第１の固体レーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光が入射し、第１の波長の第３のパルスレーザ光を出射する第１の固体増幅器と、第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、第２のパルスレーザ光が入射し、第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第２の固体増幅器と、第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、高調波光とストークス光が入射し、第３の波長および第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムとを備えてもよい。

本開示における第２の固体レーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光が入射し、第１の波長の第３のパルスレーザ光および第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する単一の固体増幅器と、固体増幅器の下流に配置され、第３のパルスレーザ光と第４のパルスレーザ光とを分岐する光学素子と、光学素子により分岐された第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、光学素子により分岐された第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、高調波光とストークス光が入射し、第３の波長および第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムとを備えてもよい。

本開示における第１のエキシマレーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光が入射し、第１の波長の第３のパルスレーザ光を出射する第１の固体増幅器と、第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、第２のパルスレーザ光が入射し、第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第２の固体増幅器と、第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、高調波光とストークス光が入射し、第３の波長および第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと、第５のパルスレーザ光が入射し、第５の波長のパルスレーザ光を出射するエキシマレーザ増幅器とを備えてもよい。

本開示における第２のエキシマレーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光が入射し、第１の波長の第３のパルスレーザ光および第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する単一の固体増幅器と、固体増幅器の下流に配置され、第３のパルスレーザ光と第４のパルスレーザ光とを分岐する光学素子と、光学素子により分岐された第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、光学素子により分岐された第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、高調波光とストークス光が入射し、第３の波長および第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと、第５のパルスレーザ光が入射し、第５の波長のパルスレーザ光を出射するエキシマレーザ増幅器とを備えてもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に表す構成図である。 図２は、第１の実施形態に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図３は、図２に示したＹｂファイバ増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図４は、図２に示したダイヤモンドラマンレーザ増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図５は、第１の実施形態の第１の変形例に係る各シード光および各パルスレーザ光の波長の一例を表す表である。 図６は、第１の実施形態の第２の変形例に係るＹｂ：固体増幅器の一構成例を表す構成図である。 図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る他のＹｂ：固体増幅器の一構成例を表す構成図である。 図８は、第１の実施形態の第２の変形例に係る他のＹｂ：固体増幅器の一構成例を表す構成図である。 図９Ａは、第１の実施形態の第２の変形例に係る他のＹｂ：固体増幅器の一構成例を表す構成図である。 図９Ｂは、図９Ａに示したＹｂ：固体増幅器の一構成例を表す他の構成図である。 図１０は、第１の実施形態の第３の変形例に係るＹｂ：固体増幅器の材料の一例を表す表である。 図１１は、第１の実施形態の第５の変形例に係る増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図１２は、第１の実施形態の第５の変形例に係る他の増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図１３は、第２の実施形態に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１４は、第２の実施形態の第１の変形例に係る固体レーザシステムの一構成例を表す構成図である。 図１５は、第２の実施形態の第１の変形例に係る他の固体レーザシステムの一構成例を表す構成図である。 図１６は、第３の実施形態に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１７は、制御部のハードウエア環境の一例を表す構成図である。

実施形態

＜内容＞
［１．概要］
［２．比較例］（固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置）
２．１ 構成（図１）
２．２ 動作
２．３ 課題
［３．第１の実施形態］（固体レーザシステム）
３．１ 構成（図２〜４）
３．２ 動作
３．３ 作用
３．４ 変形例
３．４．１ 第１の変形例（図５）
３．４．２ 第２の変形例（図６〜８，９Ａ，９Ｂ）
３．４．３ 第３の変形例（図１０）
３．４．４ 第４の変形例
３．４．５ 第５の変形例（図１１，１２）
［４．第２の実施形態］（固体レーザシステム）
４．１ 構成（図１３）
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 変形例
４．４．１ 第１の変形例（図１４，１５）
４．４．２ 第２の変形例
［５．第３の実施形態］（固体レーザシステム）
５．１ 構成（図１６）
５．２ 動作
５．３ 作用
［６．制御部のハードウエア環境］（図１７）
［７．その他］

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例であって、本開示の内容を限定しない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

［１．概要］
本開示は、例えば、パルスレーザ光を生成する固体レーザシステムおよびエキシマレーザシステムに関する。

［２．比較例］
まず、本開示の実施形態に対する比較例に係る固体レーザシステムを含む露光装置用レーザ装置について説明する。

露光装置用レーザ装置として、ＭＯ（マスタオシレータ）とＰＯ（パワーオシレータ）とを含む構成があり得る。そのような露光装置用レーザ装置では、ＭＯとＰＯとに、ＡｒＦレーザガスをレーザ媒質とするＡｒＦレーザ装置が使用され得る。しかしながら、省エネルギの観点から、ＭＯを波長１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を出射する固体レーザシステムとする露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。このＭＯは、固体レーザ装置と、波長変換システムとを含んでもよい。以下では、そのような露光装置用レーザ装置の構成例を説明する。

（２．１ 構成）
図１は、本開示の実施形態に対する比較例の露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に表す。

露光装置用レーザ装置１は、固体レーザシステム９００と、増幅器２と、レーザ制御部３と、同期制御部６と、高反射ミラー９８，９９とを備えてもよい。

固体レーザシステム９００は、固体レーザ装置３００と、Ｙｂ：固体増幅器１１と、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶１２と、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶１３と、同期回路部１４と、高反射ミラー１５と、ダイクロイックミラー１６と、波長変換システム１７とを含んでもよい。

固体レーザ装置３００は、シード光Ｓ１に基づいて生成された第１の波長のパルスレーザ光Ｌ１を出射するとともに、シード光Ｓ２に基づいて生成された第２の波長のパルスレーザ光Ｌ２を出射するように構成されてもよい。第１の波長は、約１０３０ｎｍであってもよく、第２の波長は、約１５５４ｎｍであってもよい。固体レーザ装置３００は、半導体レーザ２００と、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２１と、Ｙｂファイバ増幅器システム２２０とを含んでもよい。半導体レーザ２００、半導体光増幅器２１、およびＹｂファイバ増幅器システム２２０は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。さらに、固体レーザ装置３００は、半導体レーザ４００と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）４１と、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０とを含んでもよい。半導体レーザ４００、半導体光増幅器４１、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。

半導体レーザ２００は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１０３０ｎｍのシード光Ｓ１を出射する分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ２００は、シングル縦モードであって、波長約１０３０ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。

半導体光増幅器２１は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光Ｓ１を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器２１は、同期回路部１４からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器２１は、半導体レーザ２００がパルス発振する場合には、半導体レーザ２００と同期して動作するように構成されてもよい。

Ｙｂファイバ増幅器システム２２０は、Ｙｂがドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するＣＷ励起半導体レーザとを含んでもよい。このＹｂファイバ増幅器システム２２０における光ファイバの長さは、光ファイバ中の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）を抑制できる程度の長さに制限されてもよい。

半導体レーザ４００は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１５５４ｎｍのシード光Ｓ２を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ４００は、シングル縦モードであって、波長約１５５４ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。

半導体光増幅器４１は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光Ｓ２を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器４１は、同期回路部１４からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す、図示しない電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器４１は、半導体レーザ４００がパルス発振する場合には、半導体レーザ４００と同期して動作するように構成されてもよい。

Ｅｒファイバ増幅器システム４２０は、ＥｒおよびＹｂが共にドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するＣＷ励起半導体レーザとを含んでもよい。

同期回路部１４は、同期制御部６からのトリガ信号Ｔｒ１に基づいて、半導体光増幅器２１および半導体光増幅器４１に所定のトリガ信号をそれぞれ出力するように構成されてもよい。

Ｙｂ：固体増幅器１１は、Ｙｂがドープされた結晶またはセラミックスを含んでもよい。ＬＢＯ結晶１２は、非線形結晶であってもよく、Ｙｂ：固体増幅器１１から出射された第１の波長のパルスレーザ光の第２高調波光であるパルスレーザ光を出射してもよい。ＣＬＢＯ結晶１３は、非線形結晶であってもよく、第４高調波光である第３の波長のパルスレーザ光ＬＨを出射してもよい。第３の波長は、約２５７．５ｎｍであってもよい。Ｙｂ：固体増幅器１１、ＬＢＯ結晶１２、およびＣＬＢＯ結晶１３は、Ｙｂファイバ増幅器システム２２０の下流の光路上において、この順序で配置されてもよい。

高反射ミラー１５は、固体レーザ装置３００から出射された第２の波長のパルスレーザ光Ｌ２を高反射し、その高反射されたパルスレーザ光をダイクロイックミラー１６に入射させるように配置されてもよい。

ダイクロイックミラー１６は、第３の波長のパルスレーザ光ＬＨを高透過する基板上に、第３の波長のパルスレーザ光ＬＨを高透過し、第２の波長のパルスレーザ光Ｌ２を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。ダイクロイックミラー１６は、パルスレーザ光ＬＨおよびパルスレーザ光Ｌ２を、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム１７に入射させるように配置されてもよい。

波長変換システム１７は、第３の波長のパルスレーザ光ＬＨおよび第２の波長のパルスレーザ光Ｌ２が入射され、第２の波長および第３の波長の両方と異なる波長のパルスレーザ光ＬＬを出射するように構成されてもよい。波長変換システム１７は、ＣＬＢＯ結晶１８，１９と、ダイクロイックミラー９５，９６と、高反射ミラー９７とを含んでもよい。ＣＬＢＯ結晶１８、ダイクロイックミラー９５、ＣＬＢＯ結晶１９、およびダイクロイックミラー９６は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。

ＣＬＢＯ結晶１８には、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光ＬＨおよび波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２が入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を出射してもよい。

ダイクロイックミラー９５は、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。

ＣＬＢＯ結晶１９には、ダイクロイックミラー９５を透過した、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光が入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１９は、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を出射してもよい。

ダイクロイックミラー９６は、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。

高反射ミラー９７は、ダイクロイックミラー９６により反射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を高反射し、その高反射されたパルスレーザ光をパルスレーザ光ＬＬとして固体レーザシステム９００から出射するように配置されてもよい。

高反射ミラー９８，９９は、固体レーザシステム９００から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが、増幅器２に入射するように配置されてもよい。

増幅器２は、固体レーザシステム９００から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを増幅し、増幅されたパルスレーザ光を露光装置４に向けて出射するように構成されてもよい。増幅器２は、エキシマレーザ増幅器であってもよい。このエキシマレーザ増幅器は、ＡｒＦレーザガスをレーザ媒質とするＡｒＦレーザ増幅器であってもよい。

レーザ制御部３は、半導体レーザ２００、半導体レーザ４００、Ｙｂファイバ増幅器システム２２０内のＣＷ励起半導体レーザ、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０内のＣＷ励起半導体レーザに、図示しない信号ラインを介して接続されてもよい。

同期制御部６には、レーザ制御部３を介して、固体レーザシステム９００におけるパルスレーザ光の生成タイミングを指示する発振トリガ信号Ｔｒ０が外部装置としての露光装置４から供給されてもよい。露光装置４は、露光装置制御部５を含んでもよい。発振トリガ信号Ｔｒ０は、露光装置４の露光装置制御部５が供給するようにしてもよい。同期制御部６は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ１を生成し、トリガ信号Ｔｒ１を同期回路部１４に供給するように構成されてもよい。また、同期制御部６は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ２を生成し、トリガ信号Ｔｒ２を増幅器２に供給するように構成されてもよい。

（２．２ 動作）
レーザ制御部３は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて、半導体レーザ２００，４００をＣＷ発振もしくはパルス発振させてもよい。また、レーザ制御部３は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて、Ｙｂファイバ増幅器システム２２０内のＣＷ励起半導体レーザ、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０内のＣＷ励起半導体レーザをＣＷ発振させてもよい。

同期制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から発振トリガ信号Ｔｒ０を受信したとき、発振トリガ信号Ｔｒ０とトリガ信号Ｔｒ１との間の遅延時間、および発振トリガ信号Ｔｒ０とトリガ信号Ｔｒ２との間の遅延時間を制御してもよい。これらの遅延時間は、固体レーザシステム９００から出射されたパルスレーザ光ＬＬが増幅器２に入射するのと同期して増幅器２が動作するように制御されてもよい。

固体レーザ装置３００では、半導体レーザ２００から波長約１０３０ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光Ｓ１として出射され得る。このシード光Ｓ１は、同期回路部１４からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器２１によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器２１から出射されたパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム２２０に入射され、このＹｂファイバ増幅器システム２２０により、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ増幅され得る。これにより、固体レーザ装置３００から波長約１０３０ｎｍのパルスレーザ光Ｌ１が出射され得る。

固体レーザ装置３００から出射されたパルスレーザ光Ｌ１は、Ｙｂ：固体増幅器１１に入射され、このＹｂ：固体増幅器１１により増幅され得る。Ｙｂ：固体増幅器１１から出射されたパルスレーザ光は、ＬＢＯ結晶１２に入射され得る。そして、このパルスレーザ光から、ＬＢＯ結晶１２およびＣＬＢＯ結晶１３によって、第４高調波光である波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光ＬＨが生成され出射され得る。

また、固体レーザ装置３００では、半導体レーザ４００から波長約１５５４ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光Ｓ２として出射され得る。このシード光Ｓ２は、同期回路部１４からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器４１によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器４１から出射されたパルスレーザ光は、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０に入射され、このＥｒファイバ増幅器システム４２０により増幅され得る。これにより、固体レーザ装置３００から波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２が出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１３から出射された波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光ＬＨは、ダイクロイックミラー１６を介して、波長変換システム１７に入射され得る。また、固体レーザ装置３００から出射された波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２は、高反射ミラー１５およびダイクロイックミラー１６を介して、波長変換システム１７に入射され得る。

ここで、同期回路部１４は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、所定のタイミングで、所定のパルス幅のトリガ信号を半導体光増幅器２１，４１にそれぞれ供給してもよい。これらのタイミングは、パルスレーザ光ＬＨおよびパルスレーザ光Ｌ２が、波長変換システム１７のＣＬＢＯ結晶１８に略同時に入射するように調節され得る。半導体光増幅器２１および半導体光増幅器４１に供給されるトリガ信号のパルス幅は、固体レーザシステム９００が出射するパルスレーザ光ＬＬのパルス幅が所望のパルス幅になるようにそれぞれ調節され得る。

波長変換システム１７では、ダイクロイックミラー１６によってＣＬＢＯ結晶１８にパルスレーザ光ＬＨおよびパルスレーザ光Ｌ２が略同時に入射され、ＣＬＢＯ結晶１８上でパルスレーザ光ＬＨのビームおよびパルスレーザ光Ｌ２のビームが重なり得る。ＣＬＢＯ結晶１８では、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光が生成され得る。ＣＬＢＯ結晶１８からは、波長約２５７．５ｎｍ、波長約１５５４ｎｍ、および波長約２２０．９ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１８から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍの２つのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー９５を高透過し、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー９５により高反射され得る。ダイクロイックミラー９５を透過した２つのパルスレーザ光は、ＣＬＢＯ結晶１９に入射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１９では、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが生成され得る。ＣＬＢＯ結晶１９からは、波長約１５５４ｎｍ、波長約２２０．９ｎｍ、および波長約１９３．４ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１９から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー９６を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー９６により高反射され得る。波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光は、高反射ミラー９７により高反射され、パルスレーザ光ＬＬとして波長変換システム１７から出射され得る。

波長変換システム１７から出射されたパルスレーザ光ＬＬは、高反射ミラー９８，９９を介して、増幅器２に入射され得る。増幅器２に入射されたパルスレーザ光ＬＬは、増幅器２により増幅され、露光装置４に向けて出射され得る。

（２．３ 課題）
このように、固体レーザシステム９００を用いてＭＯを構成した場合には、固体レーザシステム９００のパルスレーザ光ＬＬについての要求仕様は以下のようになり得る。
繰り返し周波数 ≦ ６ｋＨｚ
パルスエネルギ ≧ １６５μＪ／ｐｕｌｓｅ（１Ｗ＠６ｋＨｚ）
スペクトル線幅Δν ≦ ４ＧＨｚ（０．５０ｐｍ＠１９３．４ｎｍ）（半値全幅）
パルス幅 １ｎｓ〜３０ｎｓ（半値全幅）

このような目標を達成するには、固体レーザ装置３００のパルスレーザ光Ｌ２についての目標仕様は、以下のようになり得る。
繰り返し周波数 ≦ ６ｋＨｚ
パルスエネルギ ≧ ８２０μＪ／ｐｕｌｓｅ（４．９Ｗ＠６ｋＨｚ）
スペクトル線幅Δν ≦ ４ＧＨｚ（３２．２ｐｍ＠１５５４ｎｍ）（半値全幅）
パルス幅 １ｎｓ〜３０ｎｓ（半値全幅）

このような目標を達成しようとすると、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０における最終段の光ファイバ増幅器において、誘導ブリルアン散乱が生じ得る。その結果、この最終段の光ファイバ増幅器において、パルスレーザ光の増幅が抑制されるとともに、このパルスレーザ光が散乱されて戻り光となり得る。この場合には、半導体レーザ４００は損傷し得た。

また、パルスエネルギを高くするために、このＥｒファイバ増幅器システム４２０の後段に、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を増幅する固体増幅器を設ける場合が有り得る。このような固体増幅器としては、例えば、ＥｒおよびＹｂが共にドープされたガラスで構成された固体増幅器を入手し得る。しかしながら、このような固体増幅器は、熱伝導率が低いため、パルスエネルギが高いレーザ光を繰り返し出射するのが難しくなり得る。その結果、パルスレーザ光Ｌ２のパルスエネルギが制限され得た。

よって、波長約１９３．４ｎｍで、上述したようなスペクトル線幅およびパルス幅を有する、数ワットのパルスエネルギのパルスレーザ光ＬＬを出射する固体レーザシステム９００は、実現しにくくなり得た。

［３．第１の実施形態］
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では図１に示した比較例に係る固体レーザシステム９００の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（３．１ 構成）
図２は、固体レーザシステム１０の一構成例を概略的に表す。固体レーザシステム１０は、固体レーザ装置３０と、Ｙｂ：固体増幅器３１と、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２と、高反射ミラー３５と、ダイクロイックミラー３６と、波長変換システム３７とを含んでもよい。

固体レーザ装置３０は、半導体レーザ２０と、半導体レーザ４０と、Ｙｂファイバ増幅器システム２２，４２とを含んでもよい。

半導体レーザ２０は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１０４０ｎｍのシード光Ｓ１を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ２０は、シングル縦モードであって、波長約１０４０ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。Ｙｂファイバ増幅器システム２２は、後述するＹｂファイバ増幅器システム４２と同様の構成を有してもよい。半導体レーザ２０、半導体光増幅器２１、およびＹｂファイバ増幅器システム２２は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。固体レーザ装置３０から出力されたパルスレーザ光Ｌ１の光路上に、Ｙｂ：固体増幅器１１、ＬＢＯ結晶１２、およびＣＬＢＯ結晶１３がこの順番で配置されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１３から出射される第４高調波光であるパルスレーザ光ＬＨの第３の波長は、約２６０ｎｍであってもよい。

半導体レーザ４０は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１０７７ｎｍのシード光Ｓ２を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ４０は、シングル縦モードであって、波長約１０７７ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。半導体レーザ４０、半導体光増幅器４１、およびＹｂファイバ増幅器システム４２は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。

図３は、Ｙｂファイバ増幅器システム４２の一構成例を概略的に表す。この図３は、Ｙｂファイバ増幅器システム４２に加えて、半導体レーザ４０および半導体光増幅器４１をも示している。Ｙｂファイバ増幅器システム４２は、Ｙｂファイバ増幅器５３，５８，６１と、アイソレータ５４，６０と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５，５９とを含んでもよい。Ｙｂファイバ増幅器５３、アイソレータ５４、バンドパスフィルタ５５、Ｙｂファイバ増幅器５８、バンドパスフィルタ５９、アイソレータ６０、およびＹｂファイバ増幅器６１は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。また、Ｙｂファイバ増幅器システム４２は、ポンプ用半導体レーザ５１，５６，６３と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）光カプラ５２と、ポンプコンバイナ（ＰＣ）５７，６２とを含んでもよい。Ｙｂファイバ増幅器５３およびＹｂファイバ増幅器５８は、ファイバのまま互いに結合されてもよいし、空気を介して結合されてもよい。同様に、Ｙｂファイバ増幅器５８およびＹｂファイバ増幅器６１は、ファイバのまま互いに結合されてもよいし、空気を介して結合されてもよい。

Ｙｂファイバ増幅器５３は、シリカファイバにＹｂがドープされたシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を含んでもよい。このシングルモードファイバのファイバ径は、約６μｍであってもよい。Ｙｂファイバ増幅器５３は、上流側において、ポンプ用半導体レーザ５１に接続された光ファイバと、ＷＤＭ光カプラ５２により結合されてもよい。ＷＤＭ光カプラ５２は、半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光と、ポンプ用半導体レーザ５１から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光とを結合するように構成されてもよい。

アイソレータ５４，６０は、例えば戻り光の通過を抑制するためのファラデーアイソレータであってもよい。半導体光増幅器４１とＷＤＭ光カプラ５２との間に、さらに他のアイソレータがあってもよい。

バンドパスフィルタ５５，５９は、ガラス基板上に、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、その他の光の通過を抑制するフィルタがコートされた光学素子であってもよい。その他の光は、自然放射光（ＡＳＥ；Amplified Spontaneous Emission）およびポンプ光であってもよい。

Ｙｂファイバ増幅器５８は、シリカファイバにＹｂがドープされたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでもよい。このダブルクラッドファイバのファイバ径は、約１０μｍであってもよい。Ｙｂファイバ増幅器５８は、上流側において、ポンプ用半導体レーザ５６に接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ５７により結合されてもよい。ポンプコンバイナ５７は、前段のＹｂファイバ増幅器５３から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光と、ポンプ用半導体レーザ５６から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光とを結合するように構成されてもよい。

Ｙｂファイバ増幅器６１は、シリカファイバにＹｂがドープされたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでもよい。このダブルクラッドファイバは、ファイバ径が約２５μｍのラージモードエリア（ＬＭＡ）ファイバであってもよいし、ファイバ径が４０μｍのフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）であってもよい。このダブルクラッドファイバは、シングル横モードに近づくように巻かれてもよい。Ｙｂファイバ増幅器６１は、下流側において、ポンプ用半導体レーザ６３に接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ６２により結合されてもよい。これに代えて、Ｙｂファイバ増幅器６１は、上流側において、ポンプ用半導体レーザ６３に接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ６２により結合されてもよい。ポンプコンバイナ６２は、ポンプ用半導体レーザ６３から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光をＹｂファイバ増幅器６１に供給するように構成されてもよい。Ｙｂファイバ増幅器６１のうち、ポンプ光が通過する部分の長さである実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆは、誘導ブリルアン散乱を抑制できる程度の長さであってもよい。

Ｙｂ：固体増幅器３１（図２）は、Ｙｂがドープされた結晶またはセラミックスを含んでもよい。ダイヤモンドラマンレーザ装置３２は、第２ストークス光である第４の波長のパルスレーザ光ＬＳを出射してもよい。第４の波長は、約１５１０．７ｎｍであってもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１およびダイヤモンドラマンレーザ装置３２は、図２に示したように、Ｙｂファイバ増幅器システム４２の下流の光路上において、この順序で配置されてもよい。

図４は、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２の一構成例を概略的に表す。ダイヤモンドラマンレーザ装置３２は、集光レンズ６４と、入力結合ミラー６５と、出力結合ミラー６７と、ダイヤモンド結晶６６とを含んでもよい。入力結合ミラー６５および出力結合ミラー６７は、ダイヤモンド結晶６６を挟んで対向配置されてもよい。入力結合ミラー６５および出力結合ミラー６７は、光共振器を構成してもよい。

集光レンズ６４は、Ｙｂ：固体増幅器３１から出射された第２の波長のパルスレーザ光が、入力結合ミラー６５を介してダイヤモンド結晶６６の内部に集光するように配置されてもよい。

入力結合ミラー６５は、ダイヤモンド結晶６６側の面６５ａが凹面ミラーを構成する光学素子であってもよい。入力結合ミラー６５は、波長約１０７７ｎｍの光を高透過する基板の、ダイヤモンド結晶６６側の面６５ａに、波長約１０７７ｎｍの光を高透過する膜がコートされた光学素子であってもよい。さらに、この膜は、第１ストークス光に対応する波長約１２５７．５ｎｍの光、および第２ストークス光に対応する波長約１５１０．７ｎｍの光を高反射してもよい。入力結合ミラー６５の集光レンズ６４側の面６５ｂには、波長約１０７７ｎｍの光を高透過する膜がコートされてもよい。

出力結合ミラー６７は、ダイヤモンド結晶６６側の面６７ａが凹面ミラーを構成する光学素子であってもよい。出力結合ミラー６７は、波長約１０７７ｎｍおよび波長約１５１０．７ｎｍの光を高透過する基板の、ダイヤモンド結晶６６側の面６７ａに、波長約１０７７ｎｍの光と、第１ストークス光に対応する波長約１２５７．５ｎｍの光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。さらに、この膜は、第２ストークス光に対応する波長約１５１０．７ｎｍの光を約１６％の反射率で部分反射し、第３ストークス光に対応する波長約１８９１．６ｎｍの光を、約６％の反射率で低反射してもよい。出力結合ミラー６７の、高反射ミラー３５側の面６７ｂには、波長約１０７７ｎｍおよび波長約１５１０．７ｎｍの光を高透過する膜がコートされてもよい。

ダイヤモンド結晶６６は、波長約１０７７ｎｍの光が入射され、ストークス光を出射してもよい。第１ストークス光、第２ストークス光、および第３ストークス光の波長は、それぞれ、約１２５７．５ｎｍ、約１５１０．７ｎｍ、および約１８９１．６ｎｍであってもよい。ダイヤモンド結晶６６は、入力結合ミラー６５および出力結合ミラー６７が構成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。ダイヤモンド結晶６６の結晶軸＜１１０＞は、この光共振器における光路と略平行であってもよい。ダイヤモンド結晶６６の、光路と交差する方向の厚さＴは、約２ｍｍであってもよい。ダイヤモンド結晶６６の光路と交差する面での断面形状は、正方形であってもよい。厚さＴは、この正方形の１辺の長さであってもよい。ダイヤモンド結晶６６の光路方向の長さＬは、約８ｍｍであってもよい。

高反射ミラー３５は、図２に示したように、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２から出射された第４の波長のパルスレーザ光ＬＳを高反射し、ダイクロイックミラー３６に入射させるように配置されてもよい。

ダイクロイックミラー３６は、第３の波長のパルスレーザ光ＬＨを高透過する基板上に、第３の波長のパルスレーザ光ＬＨを高透過し、第４の波長のパルスレーザ光ＬＳを高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。ダイクロイックミラー３６は、パルスレーザ光ＬＨおよびパルスレーザ光ＬＳを、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム３７に入射させるように配置されてもよい。

波長変換システム３７は、ダイクロイックミラー３８，３９を含んでもよい。ダイクロイックミラー３８は、波長約１５１０．７ｎｍおよび波長約２２１．８ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約２６０ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。ダイクロイックミラー３９は、波長約１５１０．７ｎｍおよび波長約２２１．８ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。

ここで、Ｙｂ：固体増幅器１１は、本開示の第１の固体レーザシステムおよび第１のエキシマレーザシステムにおける「第１の固体増幅器」の一具体例に対応してもよい。ＬＢＯ結晶１２およびＣＬＢＯ結晶１３は、本開示における「波長変換部」の一具体例に対応してもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１は、本開示における「第２の固体増幅器」の一具体例に対応してもよい。ダイヤモンドラマンレーザ装置３２は、本開示における「ラマンレーザ装置」の一具体例に対応してもよい。

半導体レーザ２０は、本開示における「第１の発振器」の一具体例に対応してもよい。半導体光増幅器２１は、本開示における「第１のレーザ光生成部」の一具体例に対応してもよい。Ｙｂファイバ増幅器システム２２は、本開示における「第１のファイバ増幅器システム」の一具体例に対応してもよい。半導体レーザ４０は、本開示における「第２の発振器」の一具体例に対応してもよい。半導体光増幅器４１は、本開示における「第２のレーザ光生成部」の一具体例に対応してもよい。Ｙｂファイバ増幅器システム４２は、本開示における「第２のファイバ増幅器システム」の一具体例に対応してもよい。

（３．２ 動作）
固体レーザ装置３０では、半導体レーザ２０から波長約１０４０ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光Ｓ１として出射され得る。このシード光Ｓ１は、半導体光増幅器２１によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器２１から出射されたパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム２２により、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ増幅され得る。これにより、固体レーザ装置３０から波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光Ｌ１が出射され得る。固体レーザ装置３０から出射されたパルスレーザ光Ｌ１は、Ｙｂ：固体増幅器１１により増幅され得る。そして、Ｙｂ：固体増幅器１１により増幅されたパルスレーザ光から、ＬＢＯ結晶１２およびＣＬＢＯ結晶１３によって、第４高調波光である波長約２６０ｎｍのパルスレーザ光ＬＨが生成され出射され得る。

また、固体レーザ装置３０では、半導体レーザ４０から波長約１０７７ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光Ｓ２として出射され得る。このシード光Ｓ２は、半導体光増幅器４１によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。そして、半導体光増幅器４１から出射されたパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム４２に入射され得る。

Ｙｂファイバ増幅器システム４２において、入射されたパルスレーザ光は、ＷＤＭ光カプラ５２を介してＹｂファイバ増幅器５３に入射され、このＹｂファイバ増幅器５３により増幅され得る。Ｙｂファイバ増幅器５３により増幅されたパルスレーザ光は、アイソレータ５４、バンドパスフィルタ５５、およびポンプコンバイナ５７を介してＹｂファイバ増幅器５８に入射され得る。アイソレータ５４は、Ｙｂファイバ増幅器５８，６１からの自然放出光や戻り光を抑制し得る。バンドパスフィルタ５５は、Ｙｂファイバ増幅器５３，５８からの自然放出光の通過を抑制し、自励発振を抑制し得る。Ｙｂファイバ増幅器５８に入射されたパルスレーザ光は、このＹｂファイバ増幅器５８により増幅され得る。Ｙｂファイバ増幅器５８により増幅されたパルスレーザ光は、バンドパスフィルタ５９およびアイソレータ６０を介してＹｂファイバ増幅器６１に入射され得る。バンドパスフィルタ５９は、Ｙｂファイバ増幅器５８，６１からの自然放出光の通過を抑制し、自励発振を抑制し得る。アイソレータ６０は、Ｙｂファイバ増幅器６１からの自然放出光や戻り光を抑制し得る。Ｙｂファイバ増幅器６１に入射したパルスレーザ光は、このＹｂファイバ増幅器６１により、誘導ブリルアン散乱が抑制されつつ増幅され得る。これにより、固体レーザ装置３０から波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２が出射され得る。

固体レーザ装置３０から出射されたパルスレーザ光Ｌ２は、Ｙｂ：固体増幅器３１により増幅され得る。そして、Ｙｂ：固体増幅器３１により増幅されたパルスレーザ光は、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２に入射され得る。

ダイヤモンドラマンレーザ装置３２において、入射されたパルスレーザ光は、集光レンズ６４により集光され、入力結合ミラー６５を高透過し、ダイヤモンド結晶６６に入射され得る。ダイヤモンド結晶６６では、ストークス光が発生し得る。

ダイヤモンド結晶６６において発生するストークス光のうちの第２ストークス光のフォトンエネルギＥｓ２は、以下の式により表され得る。
Ｅｓ２＝Ｅ２−２・ΔＥ ・・・（１）
この式（１）において、Ｅ２はダイヤモンド結晶６６に入射する光のフォトンエネルギであってもよく、ΔＥはダイヤモンドラマンシフトのエネルギであってもよい。このダイヤモンドラマンシフトのエネルギΔＥは、０．１６５２７［ｅＶ］であってもよい。フォトンエネルギＥ２は、以下の式により表され得る。
Ｅ２＝ｈν＝ｈｃ／λ＝１２４０／λ［ｅＶ］ ・・・（２）
この式（２）において、ｈはプランク定数であってもよく、νはダイヤモンド結晶６６に入射する光の振動数であってもよく、λはダイヤモンド結晶６６に入射する光の波長であってもよく、ｃは光の速度であってもよい。

ダイヤモンド結晶６６に波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光が入射された場合、そのパルスレーザ光のフォトンエネルギＥ２は、式（２）を用いて、１．１５１３［ｅＶ］（＝１２４０／１０７７）になり得る。よって、第２ストークス光のフォトンエネルギＥｓ２は、式（１）を用いて、０．８２０８［ｅＶ］（＝１．１５１３−２×０．１６５２７）になり得る。この第２ストークス光の波長λｓ２は、１５１０．７［ｎｍ］（＝１２４０／０．８２０８）になり得る。

この第２ストークス光は、入力結合ミラー６５および出力結合ミラー６７により構成される光共振器により、増幅発振され得る。その結果、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２から波長約１５１０．７ｎｍのパルスレーザ光ＬＳが出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１３から出射された波長約２６０ｎｍのパルスレーザ光ＬＨは、ダイクロイックミラー３６を介して、波長変換システム３７に入射され得る。また、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２から出射された波長約１５１０．７ｎｍのパルスレーザ光ＬＳは、高反射ミラー３５およびダイクロイックミラー３６を介して、波長変換システム３７に入射され得る。

波長変換システム３７では、ＣＬＢＯ結晶１８では、波長約２６０ｎｍと波長約１５１０．７ｎｍの和周波に対応する波長約２２１．８ｎｍのパルスレーザ光が生成され得る。ＣＬＢＯ結晶１８からは、波長約２６０ｎｍ、波長約１５１０．７ｎｍ、および波長約２２１．８ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１８から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５１０．７ｎｍおよび波長約２２１．８ｎｍの２つのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー３８を高透過し、波長約２６０ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー３８により高反射され得る。ダイクロイックミラー３８を透過した２つのパルスレーザ光は、ＣＬＢＯ結晶１９に入射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１９では、波長約２２１．８ｎｍと波長約１５１０．７ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが生成され得る。ＣＬＢＯ結晶１９からは、波長約１５１０．７ｎｍ、波長約２２１．８ｎｍ、および波長約１９３．４ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。

ＣＬＢＯ結晶１９から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５１０．７ｎｍおよび波長約２２１．８９ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー３９を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光はダイクロイックミラー３９により高反射され得る。波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光は、高反射ミラー９７により高反射され、パルスレーザ光ＬＬとして波長変換システム３７から出射され得る。

（３．３ 作用）
本実施形態の固体レーザシステムによれば、Ｙｂファイバ増幅器システム２２により、半導体光増幅器２１から出射された波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ増幅し得る。

また、Ｙｂファイバ増幅器システム４２およびＹｂ：固体増幅器３１により、半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ増幅し得る。そして、増幅されたパルスレーザ光をダイヤモンドラマンレーザ装置３２に入射することにより、高いパルスエネルギを有する波長約１５１０．７ｎｍのパルスレーザ光ＬＳを生成し得る。

さらに、波長約２６０ｎｍのパルスレーザ光ＬＨおよび波長約１５１０．７ｎｍのパルスレーザ光ＬＳを波長変換システム３７に入射することにより、高いパルスエネルギを有する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを生成し出射し得る。

（３．４ 変形例）
（３．４．１ 第１の変形例）
固体レーザシステム１０では、半導体レーザ２０が波長約１０４０ｎｍのシード光Ｓ１を出射するとともに、半導体レーザ４０が波長約１０７７ｎｍのシード光Ｓ２を出射し得たが、これに限定されない。増幅器２が増幅可能なパルスレーザ光ＬＬの波長は１９３ｎｍ以上１９４ｎｍ以下であってもよいので、シード光Ｓ１，Ｓ２の波長は、このようなパルスレーザ光ＬＬの波長を実現できるような波長にし得る。具体的には、図５に示すように、シード光Ｓ１の波長は、１０３２ｎｍ以上１０４５ｎｍ以下であってもよい。また、シード光Ｓ２の波長は、１０７０ｎｍ以上１０９３ｎｍ以下であってもよい。

例えば、シード光Ｓ１の波長が１０４０ｎｍである場合には、シード光Ｓ２の波長は、例１〜例３に示したように、１０７０ｎｍ以上１０８８ｎｍ以下であってもよい。シード光Ｓ１の波長が１０３７ｎｍである場合には、シード光Ｓ２の波長は、例４，６，７に示したように、１０７７ｎｍ以上１０９３ｎｍであってもよい。また、例えば、シード光Ｓ２の波長が１０７７ｎｍである場合には、シード光Ｓ１の波長は、例１，例４，例５に示したように、１０３７ｎｍ以上１０４５ｎｍ以下であってもよい。シード光Ｓ２の波長が１０８８ｎｍである場合には、シード光Ｓ１の波長は、例２，８に示したように１０３２ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下であってもよい。

（３．４．２ 第２の変形例）
Ｙｂ：固体増幅器１１，３１は、様々な構成をとり得る。以下、Ｙｂ：固体増幅器３１について、いくつかの例を挙げて説明する。なお、Ｙｂ：固体増幅器１１についても同様である。

図６は、本変形例に係るＹｂ：固体増幅器３１Ａの一構成例を概略的に表す。図６において、パルスレーザ光の光路と交差する線は、パルスレーザ光の偏光方向を示してもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ａは、固体増幅部材２３を含んでもよい。固体増幅部材２３は、Ｙｂがドープされたロッド形状の結晶またはセラミックスであってもよい。固体増幅器３１Ａへ入射されるパルスレーザ光Ｌ２は直線偏光のレーザ光であってもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ａは、さらに、図示しないポンプ用半導体レーザを含んでもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ａでは、Ｙｂファイバ増幅器システム４２から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２は、固体増幅部材２３を１回通過することにより増幅され得る。

図７は、本変形例に係るＹｂ：固体増幅器３１Ｂの一構成例を概略的に表す。図７において、パルスレーザ光の光路と交差する線および光路上の点は、パルスレーザ光の偏光方向を示してもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ｂは、偏光ビームスプリッタ２４と、固体増幅部材２５と、λ／４位相板２６と、高反射ミラー２７とを含んでもよい。偏光ビームスプリッタ２４は、入射されるパルスレーザ光の直線偏光がＰ偏光になるように配置されてもよい。固体増幅部材２５は、偏光ビームスプリッタ２４を透過したパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。λ／４位相板２６は、固体増幅部材２５を通過したパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー２７は、λ／４位相板２６を通過したパルスレーザ光を高反射させ、入射光と同じ光路に戻すように配置されてもよい。高反射ミラー２７は、固体増幅部材２５による熱レンズ効果を補正し得るように、凹面ミラーであってもよい。なお、これに限定されず、高反射ミラー２７に代えて、凸レンズと、フラットミラーとを用いてもよい。

Ｙｂ：固体増幅器３１Ｂでは、Ｙｂファイバ増幅器システム４２から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ２４にＰ偏光として入射され、高透過し得る。偏光ビームスプリッタ２４を高透過したパルスレーザ光は、固体増幅部材２５を通過して増幅され得る。固体増幅部材２５により増幅されたパルスレーザ光は、λ／４位相板２６を通過し、高反射ミラー２７により高反射され、λ／４位相板２６を通過し、再び固体増幅部材２５を通過して増幅され得る。その際、固体増幅部材２５を２回目に通過したパルスレーザ光の偏光面は、固体増幅部材２５を最初に通過したパルスレーザ光の偏光面と略直交し得る。固体増幅部材２５により増幅されたパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２４にＳ偏光として入射され、高反射され得る。このようにして、Ｙｂ：固体増幅器３１Ｂでは、パルスレーザ光Ｌ２は、固体増幅部材２５を２回通過することにより増幅され得る。

また、このようなＹｂ：固体増幅器３１Ｂを２段以上配置することにより、パルスレーザ光が固体増幅部材を４回以上通過するようにしてもよい。

図８は、本変形例に係るＹｂ：固体増幅器３１Ｃの一構成例を概略的に表す。Ｙｂ：固体増幅器３１Ｃは、偏光ビームスプリッタ４３と、ファラデーローテータ４４と、λ／２位相板４５と、偏光ビームスプリッタ４６と、固体増幅部材４７と、λ／４位相板４８と、高反射ミラー４９，５０とを含んでもよい。偏光ビームスプリッタ４３は、入射されるパルスレーザ光の直線偏光がＰ偏光になるように配置されてもよい。ファラデーローテータ４４は、偏光ビームスプリッタ４３を透過したパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。このファラデーローテータ４４は、パルスレーザ光の偏光面を約４５度回転させてもよい。λ／２位相板４５は、ファラデーローテータ４４の下流に配置され、ファラデーローテータ４４による偏光面の回転方向と反対の方向に、パルスレーザ光の偏光面を約４５度回転するように配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ４６は、λ／２位相板４５の下流に配置され、入射するパルスレーザ光の直線偏光がＰ偏光になるように配置されてもよい。高反射ミラー５０は、フラットミラーであってもよく、偏光ビームスプリッタ４６により高反射されたパルスレーザ光を高反射させ、入射光と同じ光路に戻すように配置されてもよい。固体増幅部材４７は、偏光ビームスプリッタ４６を透過したパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。λ／４位相板４８は、固体増幅部材４７を通過したパルスレーザ光の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー４９は、凹面ミラーであってもよく、λ／４位相板４８を通過したパルスレーザ光を高反射させ、入射光と同じ光路に戻すように配置されてもよい。

Ｙｂ：固体増幅器３１Ｃでは、Ｙｂファイバ増幅器システム４２から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ４３にＰ偏光として入射され、高透過し得る。偏光ビームスプリッタ４３を高透過したパルスレーザ光は、ファラデーローテータ４４に、ファラデーローテータ４４内の磁場の方向と同じ方向に進行する光として入射され、偏光面が約４５度回転し得る。ファラデーローテータ４４から出射されたパルスレーザ光は、λ／２位相板４５に入射され、偏光面が、ファラデーローテータ４４による偏光面の回転方向と反対の方向に約４５度回転し得る。その結果、ファラデーローテータ４４およびλ／２位相板４５によるパルスレーザ光の偏光面の回転角は約０度になり得る。言い換えれば、λ／２位相板４５を通過したパルスレーザ光の偏光面は、ファラデーローテータ４４に入射されるパルスレーザ光の偏光面と略等しくなり得る。

λ／２位相板４５を通過したパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４６にＰ偏光として入射され、高透過し得る。偏光ビームスプリッタ４６を高透過したパルスレーザ光は、固体増幅部材４７を通過して増幅され得る。固体増幅部材４７により増幅されたパルスレーザ光は、λ／４位相板４８を通過し、高反射ミラー４９により高反射され、λ／４位相板４８を通過し、再び固体増幅部材４７を通過して増幅され得る。その際、固体増幅部材４７を２回目に通過したパルスレーザ光の偏光面は、固体増幅部材４７を最初に通過したパルスレーザ光の偏光面と略直交し得る。固体増幅部材４７により２回増幅されたパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４６にＳ偏光として入射され、高反射され得る。偏光ビームスプリッタ４６により高反射されたパルスレーザ光は、高反射ミラー５０により高反射され、偏光ビームスプリッタ４６にＳ偏光として入射され、高反射される。偏光ビームスプリッタ４６により高反射されたパルスレーザ光は、再び固体増幅部材４７を通過して増幅され得る。固体増幅部材４７により増幅されたパルスレーザ光は、λ／４位相板４８を通過し、高反射ミラー４９により高反射され、λ／４位相板４８を通過し、再び固体増幅部材４７を通過して増幅され得る。その際、固体増幅部材４７を４回目に通過したパルスレーザ光の偏光面は、固体増幅部材４７を最初に通過したパルスレーザ光の偏光面と略等しくなり得る。

固体増幅部材４７により４回増幅されたパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４６にＰ偏光として入射され、高透過し得る。偏光ビームスプリッタ４６を高透過したパルスレーザ光は、λ／２位相板４５に入射され、偏光面が約４５度回転し得る。λ／２位相板４５を通過したパルスレーザ光は、ファラデーローテータ４４に、ファラデーローテータ４４内の磁場の方向と反対の方向に進行する光として入射され、偏光面が、λ／２位相板４５による偏光面の回転方向と同じ方向に約４５度回転し得る。その結果、λ／２位相板４５およびファラデーローテータ４４によるパルスレーザ光の偏光面の回転角は約９０度になり得る。言い換えれば、ファラデーローテータ４４から出射されたパルスレーザ光の偏光面は、λ／２位相板４５に入射されるパルスレーザ光の偏光面と略直交し得る。そして、ファラデーローテータ４４から出射されたパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４３にＳ偏光として入射され、高反射され得る。このようにして、Ｙｂ：固体増幅器３１Ｃでは、パルスレーザ光Ｌ２は、固体増幅部材４７を４回通過することにより増幅され得る。

以上の例では、偏光を制御することにより、固体増幅部材を複数回通過させ得たが、これに限定されない。また、以上の例では、ロッド形状の固体増幅部材を用いたが、これに限定されず、これに代えて、以下に示すように、例えば、スラブ形状の固体増幅部材を用いてもよい。

図９Ａ，９Ｂは、本変形例に係るＹｂ：固体増幅器３１Ｄの一構成例を概略的に表す。図９Ａは、Ｙｂ：固体増幅器３１Ｄの平面図であってもよく、図９Ｂは、Ｙｂ：固体増幅器３１Ｄの側面図であってもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ｄは、固体増幅部材９１と、高反射ミラー９２，９３とを含んでもよい。固体増幅部材９１は、Ｙｂがドープされたスラブ形状の結晶またはセラミックスであってもよい。高反射ミラー９２，９３は、固体増幅部材９１を挟んで対向するように配置されてもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ｄでは、Ｙｂファイバ増幅器システム４２から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２は、高反射ミラー９２，９３により高反射され、固体増幅部材９１を５回通過することにより増幅され得る。なお、パルスレーザ光が固体増幅部材９１を通過する回数は、５回に限定されず、４回以下でもよいし、６回以上でもよい。Ｙｂ：固体増幅器３１Ｄでは、このように、パルスレーザ光が固体増幅部材９１を複数回通過するようにしたので、増幅効率を高くし得る。

（３．４．３ 第３の変形例）
Ｙｂ：固体増幅器１１，３１の固体増幅部材は、Ｙｂを含む様々な材料により構成されてもよい。具体的には、固体増幅部材の材料は、例えば、図１０に示した材料であってもよい。図１０において、いくつかの材料については略称を併記している。材料群Ａに属する各材料は、波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を増幅可能な材料であってもよい。材料群Ｂに属する各材料は、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を増幅可能な材料であってもよい。この材料群Ｂに属する各材料は、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を増幅しにくい材料であってもよい。

波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を増幅するＹｂ：固体増幅器１１の固体増幅部材は、材料群Ａに属する１つ以上の材料を含んで構成されてもよいし、材料群Ｂに属する１つ以上の材料を含んで構成されてもよい。波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を増幅するＹｂ：固体増幅器３１の固体増幅部材は、材料群Ａに属する１つ以上の材料を含んで構成されてもよい。Ｙｂ：固体増幅器１１の固体増幅部材の材料は、Ｙｂ：固体増幅器３１の固体増幅部材の材料と同じであってもよい。

（３．４．４ 第４の変形例）
ダイヤモンド結晶６６の厚さＴを約２ｍｍにし、長さＬを約８ｍｍにし得たが、これに限定されない。ダイヤモンド結晶６６に入射される波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光のビーム径を大きくすることにより、ダイヤモンド結晶６６から出射される第２ストークス光のエネルギを高くし得る。よって、ダイヤモンド結晶６６が厚いほど、第２ストークス光のエネルギを高くし得る。また、ダイヤモンド結晶６６が長いほど、大きなラマンゲインが得られるため、第２ストークス光のエネルギを高くし得る。

ダイヤモンドラマンレーザ装置３２の媒質として使用可能な、低複屈折かつ低散乱である単結晶のダイヤモンド結晶は、例えばElement Six社から、厚さＴが約２ｍｍであり、長さＬが約８ｍｍの結晶を入手し得る。

例えば、ポンプレーザ光である波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光のピークパワー密度が約２１７ＭＷ／ｃｍ^２である時、ダイヤモンドラマンレーザ装置による、ポンプレーザ光から第２ストークス光へのパワー変換効率は、５０％以上になり得る。ここで、ピークパワー密度は、単位面積当たりおよび単位時間当たりのパワーであり、以下の式により表し得る。
Ｐ_ｄ＝Ｐ／（ｆ・Ｓ・τ） …（３）
この式（３）において、Ｐは光パワーであってもよい。ｆは繰り返し周波数であってもよい。Ｓはビームの断面積であってもよい。τはパルス幅であってもよい。よって、パワーＰが４Ｗでありピークパワー密度Ｐ_ｄが約２１７ＭＷ／ｃｍ^２であるポンプレーザ光を用いて、パワーＰが２Ｗであり繰り返し周波数ｆが６ｋＨｚである第２ストークス光を得る場合には、ダイヤモンド結晶の結晶中心におけるポンプレーザ光のビームの直径は約２００μｍになり得る。ガウスビームの伝搬方程式から、結晶中心から距離ｚだけ離れた位置でのビームの半径ｗは、以下の式により表し得る。
ｗ＝ｗ_０｛１＋（ｚ／ｚ_Ｒ）^２｝^１／２ …（４）
ｚ_Ｒ＝πｗ_０ ^２／λ …（５）
式（４），（５）において、ｗ_０は、ビームが集光され一番絞られた部分におけるスポットサイズであってもよい。このスポットサイズは、ガウスビームの半径であってもよい。よって、長さＬが約８ｍｍのダイヤモンド結晶を用いた場合には、ダイヤモンド結晶の結晶中心から４ｍｍだけ離れた、ダイヤモンド結晶の入射面におけるビームの直径は、約２０４μｍになり得る。回折効果が生じないようにするためには、ダイヤモンド結晶の厚さＴは、ビームの直径の２倍程度にし得る。よって、ダイヤモンド結晶の厚さＴは、約０．４１ｍｍ以上にし得る。以上により、ダイヤモンド結晶６６の長さＬが約８ｍｍである場合には、厚さＴは０．４１ｍｍ以上２ｍｍ以下にし得る。

（３．４．５ 第５の変形例）
増幅器２は、様々な構成をとり得る。以下に、いくつか例を挙げて、本変形例について説明する。

図１１は、本変形例に係る増幅器２Ｆの一構成例を概略的に表す。増幅器２Ｆは、増幅器制御部７０と、充電器７１と、トリガ補正器７２と、スイッチ７３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）７４と、チャンバ７５と、凹面ミラー７６と、凸面ミラー７７とを含んでもよい。チャンバ７５には、ウインドウ７９ａ，７９ｂが設けられてもよい。チャンバ７５の中には、例えば、Ａｒガス、Ｆ_２ガス、およびＮｅガスを含むレーザガスが入っていてもよい。チャンバ７５の中には１対の放電電極７８が配置されてもよい。１対の放電電極７８は、パルスパワーモジュール７４の出力端子に接続されてもよい。凹面ミラー７６および凸面ミラー７７は、凹面ミラー７６の焦点位置７６ａと、凸面ミラー７７の焦点位置７７ａとが略一致するように構成されてもよい。

増幅器２Ｆは、パルスレーザ光ＬＬの入射に同期して、１対の放電電極７８により放電させ、反転分布を作り得る。ここで、トリガ補正器７２は、固体レーザシステム１０からの波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが増幅器２Ｆで効率よく増幅されるように、パルスパワーモジュール７４のスイッチ７３のタイミングを調整してもよい。増幅器２Ｆでは、パルスレーザ光ＬＬは、凸面ミラー７７および凹面ミラー７６で反射することにより、１対の放電電極７８間の放電空間を３回通過し得る。これにより、パルスレーザ光ＬＬのビームが拡大され増幅され得る。以上のようにして、固体レーザシステム１０から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが増幅器２Ｆにより増幅され、露光装置４に向けて出射され得る。

図１２は、本変形例に係る増幅器２Ｇの一構成例を概略的に表す。増幅器２Ｇは、チャンバ８７と、出力結合ミラー８３と、高反射ミラー８４〜８６とを含んでもよい。また、増幅器２Ｇは、図示していないが、図１１に示した増幅器２Ｆと同様に、増幅器制御部７０と、充電器７１と、トリガ補正器７２と、スイッチ７３を含むパルスパワーモジュール７４とを含んでもよい。さらに、増幅器２Ｇは、パルスレーザ光ＬＬを固体レーザシステムから増幅器２Ｇに導く高反射ミラーを含んでもよいし、増幅器２Ｇから出射したパルスレーザ光を露光装置４に導く高反射ミラーを含んでもよい。

チャンバ８７には、ウインドウ８９ａ，８９ｂが設けられてもよい。チャンバ８７の中には１対の放電電極８８が配置されてもよい。１対の放電電極８８は、この図１２において、奥行方向に対向して配置されてもよい。出力結合ミラー８３および高反射ミラー８４〜８６は、光共振器を構成してもよい。この増幅器２Ｇでは、パルスレーザ光が、出力結合ミラー８３、高反射ミラー８４、１対の放電電極８８間の放電空間、高反射ミラー８５、高反射ミラー８６、１対の放電電極８８間の放電空間の順に繰り返し進行し、増幅され得る。

［４．第２の実施形態］
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。固体レーザシステム１１０は、半導体光増幅器２１から出射された波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光と、半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光とを、単一のＹｂファイバ増幅器システムにより増幅するように構成されてもよい。なお、以下では、上記第１の実施形態に係る固体レーザシステム１０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（４．１ 構成）
図１３は、固体レーザシステム１１０の一構成例を概略的に表す。固体レーザシステム１１０は、固体レーザ装置１２０を含んでもよい。固体レーザ装置１２０は、ダイクロイックミラー１２１，１２３と、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２と、高反射ミラー１２４とを含んでもよい。

ダイクロイックミラー１２１は、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過する基板上に、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。ダイクロイックミラー１２１は、半導体光増幅器２１，４１から出射された２つのパルスレーザ光を、互いの光路軸を略一致させた状態でＹｂファイバ増幅器システム１２２に入射させるように配置されてもよい。

Ｙｂファイバ増幅器システム１２２は、図３に示したＹｂファイバ増幅器システム４２と同様の構成を有してもよい。このＹｂファイバ増幅器システム１２２は、波長約１０４０ｎｍと波長約１０７７ｎｍの両方の波長域において利得があってもよい。

ダイクロイックミラー１２３は、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２とＹｂ：固体増幅器１１との間の光路上に配置されてもよい。ダイクロイックミラー１２３は、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過する基板上に、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。

高反射ミラー１２４は、ダイクロイックミラー１２３により高反射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高反射し、高反射されたパルスレーザ光をＹｂ：固体増幅器３１に入射させるように配置されてもよい。

ここで、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２は、本開示の第１の固体レーザシステムおよび第１のエキシマレーザシステムにおける「ファイバ増幅器システム」の一具体例に対応してもよい。ダイクロイックミラー１２３および高反射ミラー１２４は、本開示における「光学素子」の一具体例に対応してもよい。

（４．２ 動作）
半導体光増幅器２１から出射された波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１２１を高透過し、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２に入射され得る。半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１２１により高反射され、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２に入射され得る。これらの波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍの２つのパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２により増幅され得る。Ｙｂファイバ増幅器システム１２２から出射された２つのパルスレーザ光のうち、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１２３を介してＹｂ：固体増幅器１１に入射され得る。また、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２から出射された２つのパルスレーザ光のうち、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１２３および高反射ミラー１２４を介してＹｂ：固体増幅器３１に入射され得る。

（４．３ 作用）
本実施形態の固体レーザシステムによれば、単一のＹｂファイバ増幅器システム１２２により、波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光をそれぞれ増幅したので、固体レーザシステムの構成をコンパクトにし得る。

（４．４ 変形例）
（４．４．１ 第１の変形例）
固体レーザシステム１１０では、ダイクロイックミラー１２１を用いて波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍの２つのパルスレーザ光を結合し得たが、これに限定されない。これに代えて、例えば、プリズム、グレーティング、エタロン等の波長分散素子を用いて２つのパルスレーザ光を結合してもよい。また、例えば、図１４，１５に示した固体レーザシステム１１０Ａ，１１０Ｂのように、ＷＤＭ光カプラを用いて２つの光を結合してもよい。

図１４は、固体レーザシステム１１０Ａの一構成例を概略的に表す。この図１４は、半導体レーザ２０，４０からＹｂファイバ増幅器システム１２２への光路を示していてもよい。固体レーザシステム１１０Ａは、ＷＤＭ光カプラ１２１Ａと、アイソレータ１２５とを含んでもよい。ＷＤＭ光カプラ１２１Ａは、半導体光増幅器２１に接続された光ファイバと、半導体光増幅器４１に接続された光ファイバとを結合してもよい。アイソレータ１２５は、例えば戻り光の通過を抑制するためのファラデーアイソレータであってもよい。なお、この例ではアイソレータ１２５を設けたが、これを省いてもよい。これにより、半導体光増幅器２１から出射された波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光と、半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光とが、ＷＤＭ光カプラ１２１Ａにより結合され得る。そして、これらの２つのパルスレーザ光は、アイソレータ１２５を介してＹｂファイバ増幅器システム１２２に入射され得る。

図１５は、固体レーザシステム１１０Ｂの一構成例を概略的に表す。固体レーザシステム１１０Ｂは、ＷＤＭ光カプラ１２１Ｂと、半導体光増幅器１２６と、同期回路部１４１と、アイソレータ１２５とを含んでもよい。ＷＤＭ光カプラ１２１Ｂは、半導体レーザ２０に接続された光ファイバと、半導体レーザ４０に接続された光ファイバとを結合してもよい。半導体光増幅器１２６は、シード光Ｓ１，Ｓ２を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。同期回路部１４１は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、半導体光増幅器１２６に所定のトリガ信号を出力するように構成されてもよい。これにより、半導体レーザ２０から出射された波長約１０４０ｎｍのシード光Ｓ１と、半導体レーザ４０から出射された波長約１０７７ｎｍのシード光Ｓ２とが、ＷＤＭ光カプラ１２１Ｂにより結合され得る。そして、これらの２つのシード光Ｓ１，Ｓ２は、半導体光増幅器１２６により所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換されて増幅され、アイソレータ１２５を介してＹｂファイバ増幅器システム１２２に入射され得る。その際、図１３において、ダイクロイックミラー１２３、Ｙｂ：固体増幅器１１、ＬＢＯ結晶１２、ＣＬＢＯ結晶１３、およびダイクロイックミラー３６を経由する光路での光路長Ｌ１は、ダイクロイックミラー１２３、高反射ミラー１２４、Ｙｂ：固体増幅器３１、ダイヤモンドラマンレーザ装置３２、高反射ミラー３５、およびダイクロイックミラー３６を経由する光路での光路長Ｌ２と略等しくしてもよい。これにより、２つのパルスレーザ光ＬＨ，ＬＳが、略同時に波長変換システム３７に入射され得る。

（４．４．２ 第２の変形例）
固体レーザシステム１１０では、ダイクロイックミラー１２３を用いて波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍの２つのパルスレーザ光を分岐し得たが、これに限定されない。これに代えて、例えば、プリズム、グレーティング、エタロン等の波長分散素子を用いて２つのパルスレーザ光を分岐してもよい。

［５．第３の実施形態］
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体レーザシステムについて説明する。この固体レーザシステム１３０は、半導体光増幅器２１から出射された波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光と、半導体光増幅器４１から出射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光とを、単一のＹｂファイバ増幅器システムおよび単一のＹｂ：固体増幅器により増幅するように構成されてもよい。なお、以下では、上記第２の実施形態に係る固体レーザシステム１１０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（５．１ 構成）
図１６は、固体レーザシステム１３０の一構成例を概略的に表す。固体レーザシステム１３０は、固体レーザ装置１４０と、Ｙｂ：固体増幅器１３１と、ダイクロイックミラー１３２と、高反射ミラー１３３とを含んでもよい。

固体レーザ装置１４０は、第２の実施形態に係る固体レーザ装置１２０から、ダイクロイックミラー１２３および高反射ミラー１２４を省いたレーザ装置であってもよい。

Ｙｂ：固体増幅器１３１は、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２の下流に配置されてもよい。Ｙｂ：固体増幅器１３１の固体増幅部材は、図１０に示した材料群Ａに属する１つ以上の材料を含んで構成されてもよい。

ダイクロイックミラー１３２は、Ｙｂ：固体増幅器１３１とＬＢＯ結晶１２との間の光路上に配置されてもよい。ダイクロイックミラー１３２は、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過する基板上に、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされた光学素子であってもよい。

高反射ミラー１３３は、ダイクロイックミラー１３２により高反射された波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光を高反射し、高反射されたパルスレーザ光をダイヤモンドラマンレーザ装置３２に入射させるように配置されてもよい。

ここで、Ｙｂ：固体増幅器１３１は、本開示の第２の固体レーザシステムおよび第２のエキシマレーザシステムにおける「固体増幅器」の一具体例に対応してもよい。ダイクロイックミラー１３２および高反射ミラー１３３は、本開示における「光学素子」の一具体例に対応してもよい。

（５．２ 動作）
波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍの２つのパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム１２２により増幅され、さらにＹｂ：固体増幅器１３１により増幅され得る。Ｙｂ：固体増幅器１３１から出射された２つのパルスレーザ光のうち、波長約１０４０ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１３２を介してＬＢＯ結晶１２に入射され得る。また、Ｙｂ：固体増幅器１３１から出射された２つのパルスレーザ光のうち、波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１３２および高反射ミラー１３３を介してダイヤモンドラマンレーザ装置３２に入射され得る。

（５．３ 作用）
本実施形態の固体レーザシステムによれば、単一のＹｂ：固体増幅器１３１により、波長約１０４０ｎｍおよび波長約１０７７ｎｍのパルスレーザ光をそれぞれ増幅したので、固体レーザシステムの構成をコンパクトにし得る。

［６．制御部のハードウエア環境］
当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャーなどを含む。

図１７は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図１５の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。

処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。

図１７におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。

動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。

パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、レーザ制御部３、同期制御部６、同期回路部１４、増幅器制御部７０、および充電器７１等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、レーザ制御部３、露光装置制御部５、同期制御部６、および同期回路部１４等の、処理ユニット１０００と通信可能な複数のシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれら複数のシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、各種センサや、半導体光増幅器２１，４１，１２６等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。

ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。

例示的なハードウエア環境１００は、本開示におけるレーザ制御部３等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、レーザ制御部３等を統括制御する図示しない露光装置レーザ用制御部等は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。

［７．その他］
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、
   前記第１のパルスレーザ光が入射し、前記第１の波長の第３のパルスレーザ光を出射する第１の固体増幅器と、
   前記第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、
   前記第２のパルスレーザ光が入射し、前記第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第２の固体増幅器と、
   前記第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、
   前記高調波光と前記ストークス光が入射し、前記第３の波長および前記第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと
   を備える固体レーザシステム。
2. 前記第１の波長は、１０３２ｎｍ以上１０４５ｎｍ以下であり、
   前記第２の波長は、１０７０ｎｍ以上１０９３ｎｍ以下であり、
   前記高調波光は、前記第１のパルスレーザ光の第４高調波光であり、
   前記ラマンレーザ装置は、ダイヤモンドラマンレーザ装置であり、
   前記ストークス光は、第２ストークス光であり、
   前記第５の波長は、１９３ｎｍ以上１９４ｎｍ以下である
   請求項１に記載の固体レーザシステム。
3. 前記固体レーザ装置は、
   イッテルビウムがドープされたシリカファイバを含み、前記第１のパルスレーザ光を出射する第１のファイバ増幅器システムと、
   イッテルビウムがドープされたシリカファイバを含み、前記第２のパルスレーザ光を出射する第２のファイバ増幅器システムと
   を含む
   請求項１に記載の固体レーザシステム。
4. 前記固体レーザ装置は、
   イッテルビウムがドープされたシリカファイバを含み、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を出射する単一のファイバ増幅器システムと、
   前記ファイバ増幅器システムの下流に配置され、前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを分岐する光学素子と
   を含む
   請求項１に記載の固体レーザシステム。
5. 前記固体レーザ装置は、
   前記第１の波長の第１のシード光を出射する第１の発振器と、
   前記第１のシード光が入射し前記第１の波長の第６のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光生成部と、
   前記第２の波長の第２のシード光を出射する第２の発振器と、
   前記第２のシード光が入射し前記第２の波長の第７のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光生成部と
   を含み、
   前記ファイバ増幅器システムには、前記第６のパルスレーザ光および前記第７のパルスレーザ光が入射する
   請求項４に記載の固体レーザシステム。
6. 前記固体レーザ装置は、
   前記第１の波長の第１のシード光を出射する第１の発振器と、
   前記第２の波長の第２のシード光を出射する第２の発振器と、
   前記第１のシード光および前記第２のシード光が入射し、前記第１の波長の第６のパルスレーザ光および前記第２の波長の第７のパルスレーザ光を出射する単一のレーザ光生成部と
   を含み、
   前記ファイバ増幅器システムには、前記第６のパルスレーザ光および前記第７のパルスレーザ光が入射する
   請求項４に記載の固体レーザシステム。
7. 前記第１の固体増幅器および前記第２の固体増幅器は、イッテルビウムがドープされた、結晶またはセラミックスを含む
   請求項１に記載の固体レーザシステム。
8. 前記第１の固体増幅器は、Yb:Lu₂O₃、Yb:LuScO₃、Yb:ScYLO、Yb:YScO₃、Yb:Y₂O₃、Yb:Lu₂SiO₅、Yb:Sc₂O₃、Yb:CaF₂、Yb:YLF、Yb:KGW、Yb:KYW、Yb:YAGのうちの少なくとも１つの材料を含む
   請求項７に記載の固体レーザシステム。
9. 前記第２の固体増幅器は、Yb:Lu₂O₃、Yb:LuScO₃、Yb:ScYLO、Yb:YScO₃、Yb:Y₂O₃、Yb:Lu₂SiO₅のうちの少なくとも１つの材料を含む
   請求項７に記載の固体レーザシステム。
10. 前記第１の固体増幅器は、Yb:Lu₂O₃、Yb:LuScO₃、Yb:ScYLO、Yb:YScO₃、Yb:Y₂O₃、Yb:Lu₂SiO₅のうちの少なくとも１つの材料を含み、
    前記第１の固体増幅器の材料および前記第２の固体増幅器の材料は同じである
    請求項９に記載の固体レーザシステム。
11. 前記ラマンレーザ装置は、
    前記ストークス光を共振可能に構成された光共振器と
    前記光共振器の光路上に配置され、前記ストークス光を生成するダイヤモンド結晶と
    を含む
    請求項１に記載の固体レーザシステム。
12. 前記ダイヤモンド結晶の、前記光共振器の光路と交差する方向の厚さは、０．４１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、
    前記ダイヤモンド結晶の、前記光共振器の光路方向の長さは、８ｍｍ以下である
    請求項１１に記載の固体レーザシステム。
13. 第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光が入射し、前記第１の波長の第３のパルスレーザ光および前記第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する単一の固体増幅器と、
    前記固体増幅器の下流に配置され、前記第３のパルスレーザ光と前記第４のパルスレーザ光とを分岐する光学素子と、
    前記光学素子により分岐された前記第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、
    前記光学素子により分岐された前記第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、
    前記高調波光と前記ストークス光が入射し、前記第３の波長および前記第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと
    を備える固体レーザシステム。
14. 第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光が入射し、前記第１の波長の第３のパルスレーザ光を出射する第１の固体増幅器と、
    前記第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、
    前記第２のパルスレーザ光が入射し、前記第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第２の固体増幅器と、
    前記第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、
    前記高調波光と前記ストークス光が入射し、前記第３の波長および前記第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと、
    前記第５のパルスレーザ光が入射し、前記第５の波長のパルスレーザ光を出射するエキシマレーザ増幅器と
    を備えるエキシマレーザシステム。
15. 第１の波長の第１のパルスレーザ光と、第２の波長の第２のパルスレーザ光とを出射する固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光が入射し、前記第１の波長の第３のパルスレーザ光および前記第２の波長の第４のパルスレーザ光を出射する単一の固体増幅器と、
    前記固体増幅器の下流に配置され、前記第３のパルスレーザ光と前記第４のパルスレーザ光とを分岐する光学素子と、
    前記光学素子により分岐された前記第３のパルスレーザ光が入射し、第３の波長の高調波光を出射する波長変換部と、
    前記光学素子により分岐された前記第４のパルスレーザ光が入射し、第４の波長のストークス光を出射するラマンレーザ装置と、
    前記高調波光と前記ストークス光が入射し、前記第３の波長および前記第４の波長から波長変換された第５の波長の第５のパルスレーザ光を出射する波長変換システムと、
    前記第５のパルスレーザ光が入射し、前記第５の波長のパルスレーザ光を出射するエキシマレーザ増幅器と
    を備えるエキシマレーザシステム。

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